后摩尔定律时代,半导体要突破得靠量子运算、硅光子

工研院IEK Consulting预估2018年台湾IC行业产值较去年成长7%,达新台币2.63万亿元,而AIoT、自动驾驶汽车与高性能计算等需求,将成为半导体行业未来的成长动力。终端应用产品正从过去的3C电子产品转向AI、IoT等增值领域。

而根据“摩尔定律”(Moore’s law),晶体管将随着技术的改良而不断缩小,目前台湾与韩国的制程领先全球,已经推进到7纳米。但一般认为当演进至1纳米,已经超过硅材料的物理极限,摩尔定律将碰到天花板,再也走不下去。

针对这样的困境,工研院表示2019年跨入“后摩尔定律时代”(beyond Moore’s law),技术上的解方有二:量子运算与硅光子。这两大技术也将是2020~2030年半导体技术演进的重要推手。

量子运算,巨量数据微秒完成

有别于一般计算机采用0与1的二进制制,量子计算机则采用“量子位(qubit)”,其“叠加(superposition)”的特性,可以同时出现0与1,所以能够同时处理大量信息,特别是多变量的数据,这也符合未来AI的发展趋势。

日本丰田通商(Toyota Tsusho)与电综(DENSO)便运用量子运算,在泰国创建大规模交通信息平台“TSQUAREアプリ”,利用13万车辆汇报的信息,进行即时交通分析,并反馈给用户最适合的行车建议。利用量子运算,36万笔信息在20微秒(百万分之一秒)内完成,相较现行设备足足快了1亿倍。

硅光子,以光代电优化制程

现在的信息传输主要是靠电,而硅光子(Silicon Photonics)的技术,是将“电信号”改为“光信号”来传递数据,以提高传输距离、增加数据带宽与降低单位能耗。

然而硅本身无法发光,所以光源发展来自于外界,激光光则是主要光源。需借由封装方式将光源与芯片进行组装,而将激光直接集成到芯片上,则是未来的目标。

另外,硅光子技术可集成现有半导体CMOS制程,成为业界颇受瞩目的研究方向,但硅光子技术的难度在于,集成半导体技术和光学技术,仍需要扭转部分技术开发的思维与制程。